(57)【要約】      （修正有）【課題】防食を目的とした塗装処理後も地盤変動等による変形許容度が大きい、変形特性に優れたパイプライン用鋼管およびその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２％〜０．０９％、Ｓｉ：０．００１％〜０．８％、Ｍｎ：０．５％〜２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ａｌ：０．００１％〜０．１％、Ｎ：０．００１％〜０．００８％、を含有し、さらに、Ｎｉ：０．１％〜１．０％、Ｃｕ：０．１％〜１．０％、Ｍｏ：０．０５％〜０．６％、の２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板を冷間で筒状に成形し、端面同士をシーム溶接した鋼管であって、150℃〜300℃に加熱された後の円周方向の引張試験で上降伏点が引張強度より低くかつ管軸方向の引張試験で降伏比が０．９３以下である時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。【選択図】図１
2006283147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０２％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．００１％〜０．８％、
Ｍｎ：０．５％〜２．５％、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．００５％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％、
Ａｌ：０．００１％〜０．１％、
Ｎ  ：０．００１％〜０．００８％、
を含有し、かつ２＜（３．５Ｔｉ＋８Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）＜８の条件を満足し、さらに、
Ｎｉ：０．１％〜１．０％、
Ｃｕ：０．１％〜１．０％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．６％、
の２種以上を含有し、（Ｎｉ＋Ｃｕ）−Ｍｏ＞０．５を満足する、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板を冷間で筒状に成形し、端面同士をシーム溶接した鋼管であって、150℃〜300℃に加熱された後の円周方向の引張試験で上降伏点が引張強度より低く、かつ、管軸方向の引張試験で降伏比が0.93以下であることを特徴とする時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【請求項２】
150℃〜300℃に加熱された後の管軸方向の引張試験で降伏伸びが１％以下であることを特徴とする請求項１に記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【請求項３】
150℃〜300℃に加熱された後の管軸方向の一様伸びが５％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【請求項４】
前記鋼管の組織が、面積率で５０％以下であり平均結晶粒径が１０μｍ以下のフェライトと残部がマルテンサイト及び／またはベイナイトの混合組織であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【請求項５】
質量％で、さらに、
Ｃｒ：１％以下、
Ｖ：０．１％以下、
Ｃａ：０．０１％以下、
ＲＥＭ：０．０２％以下、
Ｍｇ：０．００６％以下、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【請求項６】
請求項１から６のいずれかに記載の成分からなる鋼片を１０００℃以上に加熱後、９００℃以上の温度で累積圧下量５０％以上の粗圧延を行い、次いで仕上圧延を８７０℃以下で開始し、６５０℃以上で終了する仕上圧延を行い、６００℃以上の温度領域から冷速５〜５０℃／ｓで加速冷却を開始し、２００℃〜６００℃で冷却を停止し、引続き冷間で累積圧下量が１％〜５％の圧延を行って鋼板とし、次いで、１００℃〜２５０℃に加熱し、その後鋼板を筒状に成形し、突き合わせ部を溶接して鋼管とした後、150℃〜300℃に加熱することを特徴とする時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスあるいは原油輸送用のＡＰＩ規格７０〜１００級のパイプラインとして好適なもので、防食を目的とした塗装処理後も地盤変動等によるパイプラインの変形許容度が大きい、変形特性に優れたパイプライン用鋼管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原油あるいは天然ガスの長距離輸送方法としてパイプラインの重要性が高まっている。しかし、パイプラインが敷設される環境は年々多様化してきており、なかでも凍土地帯での季節による地盤変動、地震による地層変動、海底での海流などによるパイプラインの曲げ変形が敷設設計上無視できない問題となってきた。そのため、従来、耐内圧に優れるだけでなく、曲げ変形が生じても座屈等が生じがたい、変形性能に優れた高強度鋼管が要望されている。
【０００３】
このような要求を満足する鋼管として、変形性能に優れた、引張強度に対する降伏強度の比が低い高強度鋼の製造方法が特許文献１に、加工硬化指数の大きな鋼管および製造方法が特許文献２に開示されている。また、特許文献３には、降伏比が低く、一様伸びが大きい鋼板及び鋼管が提案されている。また特許文献４には、引張試験において降伏強度と公称歪み１．５％時の応力との比が１．０５以上の鋼管が提案されている。さらには、パイプラインは実際には鋼管同士を円周溶接するが、その場合溶接部に微小の欠陥が存在する場合があり、そこから破壊せずに常に鋼管から座屈変形できるよう長手方向と円周方向の降伏強度の比を適正化した鋼管および製造方法が特許文献５に開示されている。
【０００４】
ところで、パイプライン用鋼管は敷設前に防食を目的とした塗装処理が行われるが、近年、フュージョンボンディングされる場合が増えている。この処理の場合、１５０℃〜３００℃に鋼管が加熱される。非特許文献１に記載のように、冷間で成形された鋼管はこの加熱によって時効されるため、製造時と比較すると応力歪み曲線が大きく変化する。
【０００５】
鋼管となった状態での長手方向の応力歪み曲線は、冷間成形の影響でラウンドハウス型の形状であり、特許文献２に開示されているように応力歪み曲線をｎ乗硬化則で近似することが可能で、ｎ値と鋼管の変形性能の間に相関がある。
【０００６】
しかしながら、鋼管は１５０℃〜３００℃に加熱されると、応力歪み曲線は大きく変化し、特に歪みが小さい領域で複雑となる。歪みが０．５％から５％の間の応力歪み曲線をｎ乗硬化則で近似することが出来ず、ｎ値の評価は不可能である。また、成分、製法、加熱温度によっては明瞭な降伏伸びが出現する場合がある。さらには鋼管の長手方向と周方向では応力歪み曲線が異なるが、変形能の観点からこの違いを議論されたものはない。
【０００７】
【特許文献１】特公平６−１５６８９号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９７００号公報
【特許文献３】特願２００２−１０６５３６号
【特許文献４】特開２００２−１９４５０３号
【特許文献５】特願２００３−１７９８６５号
【非特許文献１】ＯＭＡＥ２００４−５１５６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来報告されているような鋼管製造ままでの機械的特性と変形性能の関係で、加熱後の鋼管の変形性能を予測することは困難であり、新たに加熱後の鋼管の変形性能に及ぼす機械的性質の影響を調査せざるを得ない状況に至った。
【０００９】
そこで本発明者らは、１５０℃〜３００℃の温度領域に加熱された場合のＳ−Ｓ曲線の形状変化を詳細に調査し、そのときの鋼管の変形性能の変化を明らかにしたうえで、塗装加熱によって変形特性を損なわないための具備すべき鋼管機械的特性を明らかにし、その鋼管製法について鋭意検討した。
【００１０】
本発明は、パイプラインに好適な、ＡＰＩ規格Ｘ７０〜Ｘ１００グレード相当の優れた強度を有するとともに、塗装処理などのときの加熱によって時効した後も十分な変形性能を有するパイプライン用高強度鋼管およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、高強度鋼管を用い塗装加熱処理したラインパイプの変形性能を確保するためには、加熱後によって変化する周方向および長手方向の歪み量が２％までの応力歪み曲線を制御することが効果的であり、そのための適正な化学成分と圧延条件によって得られた最適なミクロ組織を明らかにした知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）質量％で、
Ｃ  ：０．０２％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．００１％〜０．８％、
Ｍｎ：０．５％〜２．５％、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．００５％以下、
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％、
Ａｌ：０．００１％〜０．１％、
Ｎ  ：０．００１％〜０．００８％、
を含有し、かつ、２＜（３．５Ｔｉ＋８Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）＜８の条件を満足し、さらに、
Ｎｉ：０．１％〜１．０％、
Ｃｕ：０．１％〜１．０％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．６％、
の２種以上を含有し、（Ｎｉ＋Ｃｕ）−Ｍｏ＞０．５を満足する、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼板を冷間で筒状に成形し、端面同士をシーム溶接した鋼管であって、150℃〜300℃に加熱された後の円周方向の引張試験で上降伏点が引張強度より低くかつ管軸方向の引張試験で降伏比が０．９３以下であることを特徴とする時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【００１３】
（２）150℃〜300℃に加熱された後の管軸方向の引張試験で降伏伸びが１％以下であることを特徴とする（１）に記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【００１４】
（３）150℃〜300℃に加熱された後の管軸方向の一様伸びが５％以上であることを特徴とする（１）もしくは（２）に記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【００１５】
（４）前記鋼管の組織が、面積率で５０％以下であり平均結晶粒径が１０μｍ以下のフェライトと残部がマルテンサイト及び／またはベイナイトの混合組織であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【００１６】
（５）質量％で、さらに、
Ｃｒ：１％以下、
Ｖ：０．１％以下、
Ｃａ：０．０１％以下、
ＲＥＭ：０．０２％以下、
Ｍｇ：０．００６％以下、
の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管。
【００１７】
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の成分からなる鋼片を１０００℃以上に加熱後、９００℃以上の温度で累積圧下量５０％以上の粗圧延を行い、次いで仕上圧延を８７０℃以下で開始し、６５０℃以上で終了する仕上圧延を行い、６００℃以上の温度領域から冷速５℃／ｓ〜５０℃／ｓで加速冷却を開始し、２００℃〜６００℃で冷却を停止し、引続き冷間で累積圧下量が１％〜５％の圧延を行って鋼板とし、次いで、１００〜２５０℃に加熱し、その後鋼板を筒状に成形し、突き合わせ部を溶接して鋼管とした後、150℃〜300℃に加熱することを特徴とする時効後の変形特性に優れたパイプライン用高強度鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、パイプラインに好適な、ＡＰＩ規格Ｘ７０〜Ｘ１００グレード相当の優れた強度を有するとともに、塗装処理などで加熱されることによって時効した後も、地盤変動などによる変形に対して座屈や破壊をしない十分な変形性能を有するパイプライン用高強度鋼管を提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明者らは、様々な条件で製造されたＡＰＩ規格Ｘ７０〜Ｘ１００級の鋼管について１５０℃〜３００℃に加熱された後の周方向および長手方向の応力歪み曲線変化とそれに伴う鋼管の変形性能の変化について詳細に調査した。
【００２０】
まず、種々の化学成分を有する鋼片を異なる条件で圧延した鋼板を冷間で成形し、突き合わせ部をシーム溶接して鋼管（外径：６１０〜１３２０ｃｍ（２４〜５２インチ），肉厚：１５．６〜２０．６ｍｍ）とし、これら鋼管を１５０℃〜３００℃の任意の温度に６０秒加熱して引張試験および鋼管の曲げ変形特性を調査した。長手方向の引張試験片はＪＩＳ１２号弧状引張試験片を、周方向の引張試験片は丸棒引張試験片を採取した。曲げ試験は外径の２０倍の長さに切り出した鋼管を試験片とし、鋼管内に水圧で１０気圧から２０気圧の任意の内圧を負荷し４点曲げ（曲げ部分の長さ：外径の６倍）によって鋼管を曲げ変形し、鋼管の曲げ角度と負荷荷重を測定した。
【００２１】
図１に示すように鋼管に負荷した荷重と曲げ角度の関係を示した図を作製し、変形特性として最大荷重時の曲げ角度（θ１）を採用した。
【００２２】
試験結果、最大荷重時の曲げ角度（θ１）は長手方向のY/Tと相関あるものの、周方向の上降伏点が引張強度より高い場合、鋼管長手方向のY/Tがどうであれ悪いことが明らかとなった。図２に長手方向の降伏比（Ｙ／Ｔ）とθ１の関係を示す。周方向の上降伏点が引張強度より高い場合、Ｙ／Ｔが変化してもθ１は３°以下ときわめて低い値であることが明らかとなった。一方、周方向の上降伏点が引張強度より低い場合、θ１はＹ／Ｔと相関を示し、Ｙ／Ｔが０．９３以下となるとθ１は４°以上の良好な値を示すことが明らかとなった。また長手方向の引張試験で降伏伸びが１％以下であると、同じＹ／Ｔでもより高いθ１が得られた。
【００２３】
したがって、時効後の高強度ラインパイプの変形特性を確保するためには、周方向の上降伏点が引張強度より低いことが必須であり、さらに長手方向のＹ／Ｔが０．９３以下に限定する。
【００２４】
また、長手方向の引張試験でＹ／Ｔが０．９３でかつ降伏伸びが１％以下の場合、より高いθ１が得られたことから、長手方向の引っ張り特性で降伏伸びが１％以下に限定することは、さらなる変形能向上策として望ましい。
【００２５】
またθ１は一様伸びと相関があることが明らかとなり、一様伸びが５％以下であるとθ１が急激に低下した。したがって、加熱後の鋼管長手方向の一様伸びは５％以上有する方が望ましい。
【００２６】
次に、成分元素の限定理由を述べる。
【００２７】
Ｃ量は０．０２〜０．０９％に限定する。炭素は鋼の強度向上に極めて有効な元素である。目標とする強度を得るためには、最低０．０２％は必要である。しかし、Ｃ量が０．０９よりも多いと母材および溶接熱影響部の低温靭性および現地溶接性の劣化を招くので、その上限を０．１２％とした。
【００２８】
Ｓｉは脱酸や強度向上のために添加する元素である。その効果を発揮するためには０．００１％は必要である。しかし、０．８％より多く添加すると現地溶接性が著しく劣化するので、Ｓｉ量の上限を０．８％とした。
【００２９】
Ｍｎは強度と低温靭性のバランスを向上させるためには必須の元素であり、その下限は０．５％である。しかし、２．５％よりも多いと、中心偏析が顕著となり低温靭性が大幅に劣化するので上限を２．５％とした。
【００３０】
また、本発明では、不純物元素であるＰ及びＳ量をそれぞれ０．０２％及び０．００５％以下とする。この主たる理由は母材及び溶接熱影響部の低温靭性を向上させるためである。Ｐ量の低減は粒界破壊を防止して低温靭性を向上させる。一方Ｓ量の低減は熱間圧延で延伸化するＭｎＳを低減して延靭性を向上させる効果がある。両元素とも少ないほど望ましいが、特性とコストのバランスから通常Ｐ及びＳは、それぞれ０．００１％以上および０．０００１％以上を含有する。
【００３１】
Ｎｂは制御圧延時にオーステナイトの再結晶を抑制して組織を微細化するだけでなく、焼き入れ性増大にも寄与し、鋼を強靭化する。この効果は、０．００５％未満では小さいため下限とする。しかし、Ｎｂ量が０．３％よりも多いと、溶接熱影響部の靭性に悪影響を及ぼすので、その上限を０．３％とした。
【００３２】
Ｔｉ添加は微細なＴｉＮを形成して、母材および溶接熱影響部の組織を微細化し、靭性向上に寄与する。この効果はＮｂとの複合添加で極めて顕著になる。この効果を十分に発現させるためには最低０．００５％のＴｉ添加が必要である。しかしＴｉ添加量が０．０３％より多いと、ＴｉＮの粗大化あるいはＴｉＣによる析出硬化が生じ、かえって低温靭性の低下を招く。したがって、上限を０．０３％に限定した。
【００３３】
Ａｌは通常脱酸材として鋼に含まれる元素で、組織の微細化にも効果を有する。しかし、Ａｌ量が０．１％を超えるとＡｌ系非金属介在物が増加して鋼の清浄度を害するので、上限を０．１％とした。また、ＡｌＮ析出として時効硬化に影響を及ぼす固溶Ｎを固定する役割も果たし、その効果として最低０．００１％以上の添加が必要である。
【００３４】
ＮはＴｉＮを形成し、スラブ再加熱時及び溶接熱影響部のオーステナイト粒の粗大化を抑制して、母材および溶接熱影響部の低温靭性を向上させる。このために必要な最小量は０．００１％以上である。しかし、Ｎを０．００８％超添加すると、ＴｉＮの生成量が増加し、かえって低温靭性が低下する問題が生じるので、Ｎ量の上限を０．００８％とした。
【００３５】
さらに本発明者らは周方向の上降伏点を引張強度より低くするために、Ｃ，Ｎ，Ｔｉ，Ｎｂを適正に添加することが有効であることを知見した。１５０℃〜３００℃に加熱されると、固溶状態のＣおよびＮｂが転位上に移動するため転位が固着され降伏点は大きく上昇する。造管による歪みは周方向に入るため、長手方向に比べ特に周方向の降伏点は大きく上昇する。そのため、周方向の上降伏点を抑制するためには、固溶状態のＣおよびＮを出来るだけ低くする必要がある。そこで本発明者は、鋼鈑製造時にできるだけＴｉおよびＮｂによってＣとＮを析出させることとした。その結果、（３．５Ｔｉ＋８Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）が２以上のとき周方向の上降伏点は引張強度より低くなり、また８以上になる低温靭性の劣化が認められた。
【００３６】
したがって、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃ，Ｎの間に、２＜（３．５Ｔｉ＋８Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）＜８の条件を満たすことが必要である。
【００３７】
Ｎｉは低温靭性を劣化させることなく強度を向上させる元素であり、０．１％以上添加することが好ましい。しかし、添加量が１％を超えると、かえってＨＡＺ靭性を低下させるので上限を１．０％とした。
【００３８】
Ｃｕは母材、溶接熱影響部の強度を向上させる元素であり、０．１％以上の添加が好ましい。しかし、添加量が１．０％を超える現地溶接性が著しく低下させるので、上限を１．０％とした。
【００３９】
Ｍｏは焼き入れ性を向上させ、高強度化を達成できる元素である。また、Ｎｂとの複合効果で制御圧延時のオーステナイトの再結晶を抑制し、オーステナイトの結晶粒の微細化にも効果があり、０．０５％以上の添加が好ましい。しかし、０．６％以上を超えると、ＨＡＺ靭性の劣化を招くので、上限を０．６％とした。
【００４０】
さらに本発明者らは、１５０℃〜３００℃後の鋼管の長手方向の応力歪み曲線の変化に大きく影響を及ぼす元素として、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏであることを突き止めた。｛（Ｎｉ＋Ｃｕ）−Ｍｏ｝が０．５より小さいときは、１５０℃〜３００℃に加熱された後の長手方向のＹ／Ｔは０．９３より大きくなり変形能が悪くなる。一方、｛（Ｎｉ＋Ｃｕ）−Ｍｏ｝が０．５を超えると、長手方向のＹ／Ｔが０．９３以下に確保できることがわかった。Ｎｉ，Ｃｕのほとんどはフェライト粒内において固溶状態で存在しており、これら元素とFe原子の間には格子定数の違いによる応力場が生じ、そこが時効に寄与する固溶Ｃや固溶Ｎに集合する。この応力場は後の塑性変形挙動に大きな影響は及ぼさないので、この応力場に固溶元素が集合しても時効しない。一方、ＭｏはＣとクラスターの状態で転位上に集合する。クラスターとして集合したＣは転位と相互作用し、時効に寄与する。このようにＣｕ，Ｎｉは時効に寄与しない母相の応力場に固溶Ｃや固溶Ｎを集める作用として働き、転位上に集合しようする固溶Ｃや固溶Ｎの量を減らして時効抑制する。一方、Ｍｏはクラスターとして転位上に固溶Ｃを集合させる作用として働き、その結果、時効促進する。
【００４１】
Ｃｒは母材、溶接部の強度を増加させる元素であり、選択的に０．１％以上添加することが好ましい。しかし、Ｃｒ量が１％を超えると溶接熱影響部の靭性や現地溶接性を著しく劣化させることがある。このため上限を１．０％とすることが好ましい。
【００４２】
ＶはＮｂとほぼ同じ効果を有するが、その効果はＮｂと比較して弱い。また、溶接部の軟化を抑制する効果も合わせもつ。Ｖ量の上限は、溶接熱影響部の靭性の観点から０．１％とすることが好ましい。Ｖ量の好ましい範囲は、０．０３〜０．０８％である。
【００４３】
Ｃａ及びＲＥＭは硫化物（ＭｎＳ）の形態を制御し、低温靭性を向上させる。それぞれ０．００１％以上および０．００２％以上を添加することが好ましい。Ｃａ量を０．０１％超、REM量を０．０２％超添加すると大型介在物の生成が顕著となり、鋼の清浄度を損なうだけでなく、現地溶接性を大幅に劣化させる。このため、C量の上限は０．０１％、REM量の上限は０．０２％とすることが好ましい。
【００４４】
Ｍｇは微細分散した酸化物を形成し、溶接熱影響部の粒粗大化抑制で低温靭性を向上させる。その効果を発揮させるためには０．００１％以上を添加させることが好ましい。一方、０．００６％超では粗大酸化物を生成し逆に低温靭性が劣化するため、上限を０．００６％とすることが好ましい。
【００４５】
鋼管の変形性能を向上させるためには、軟らかいフェライトと硬いマルテンサイト及び／またはベイナイトとの複合組織とすることが好ましい。フェライトの面積率が５０％超となると目標とする強度に達しないため、上限を５０％とする。好ましくは１０％〜３０％である。フェライトの結晶粒径が平均で１５μｍ超となると、母材の低温靭性が著しく低下するので、その上限を１５μｍとする。好ましくは１０μｍ以下である。
【００４６】
一様伸びを５％以上にするためには、軟質であるフェライトを５％以上生成させることが必要である。一様伸びの上限はフェライト分率が５０％以内であることから必然的に１７％程度である。
【００４７】
フェライトの面積率は、光学顕微鏡組織写真を用いて、５μｍ間隔のポイントカウント法で測定した平均値である。結晶粒径は１０μｍ間隔の切断法で測定した平均値である。光学顕微鏡観察用の試料は、鋼管を長手方向に切断して採取し、鏡面研磨及びナイタール腐食で作製する。試料の板厚の１／４，１／２の任意の位置を光学顕微鏡にて、５００倍で観察し、写真撮影する。
【００４８】
また、フェライトは軟質であるほど変形性能向上に良いため、微小ビッカース硬度計を用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準拠して測定したフェライト相のビッカース硬さが１７０Ｈｖ以下であることが好ましい。
【００４９】
次に本発明の製造方法について説明する。
本発明の鋼管の製造方法は、鋼を溶製後、鋳造して鋼片とし、鋼片を加熱して熱間圧延後、冷却して鋼板とし、その鋼板を冷間で筒状に成形して端部同士を溶接して鋼管とし、その後２００℃〜３００℃に再加熱する製造工程からなる。
【００５０】
熱間圧延を行う際の鋼片の加熱温度は、１０００℃以上とする。これは本発明の成分からなる鋼のＡｃ3点が１０００℃よりも低下することはなく、加熱温度を１０００℃以上にすれば鋼をオーステナイト域に加熱することができるためである。再加熱は、Ｎｂが固溶し、さらに結晶粒が粗大化しない１０５０℃〜１２００℃が好ましい範囲である。
【００５１】
再加熱後、９００℃以上の温度域で粗圧延を行い、引き続き８７０℃以下で仕上げ圧延を行う。９００℃以上で粗圧延を行うのは、オーステナイトが十分に再結晶できる温度域が９００℃以上であり、再結晶により結晶粒を細粒化していくには累積圧下量で５０％以上の圧延が必要である。仕上げ圧延の開始温度は十分な未再結晶温度で仕上げ圧延を行うため、８７０℃以下とする。仕上げ圧延の終了温度が７００℃より低くなると、本発明の成分からなる鋼では、過度の圧延中で加工されたフェライトが生成し、鋼管の変形性能を損なうので、仕上げ圧延の終了温度を７００℃以上とする。仕上げ圧延の累積圧下率は、粗圧延時の厚みと製品板厚の比で決まるが、低温靭性確保の観点から仕上げ圧延の累積圧下率は５０％以上であることが好ましい。
【００５２】
仕上げ圧延後、６００℃以上の温度領域から冷却を開始する。これは開始温度が６００℃未満であると冷却開始までに面積率で５０％以上のフェライトが生成するため、冷却開始を６００℃以上とする。冷却停止温度は３００℃〜５５０℃に限定する。２００℃未満であると、鋼板の形状が不安定であったり、冷却過程で割れたりする問題が生じるので、停止温度の下限を２００℃とした。停止温度の上限は目標強度を満たすためには、６００℃以下にする必要があり、上限を６００℃とした。
【００５３】
冷却速度は微細なフェライトを分散させて変形能と低温靭性のバランスを向上させるため、１０〜５０℃／ｓに限定する。１０℃／ｓ未満の場合、フェライト粒が粗大化し、低温靭性が確保できず、一方、５０℃／ｓを超えるマルテンサイトあるいはベイナイトの硬さが過度に硬くなり、一様伸びを５％以上確保できず、また過度の時効を助長する。したがって、冷却速度は１０〜５０℃／ｓにすることが好ましい。
【００５４】
さらに１５０℃〜３００℃に加熱された後の鋼管の周方向の上降伏点が引張強度より超えないためには、鋼管とする前に軽圧下冷延と低温熱処理することが有効であることが明らかとなった。これは鋼管とする前に固溶状態のCおよびNを出来るだけ低くするのが目的である。鋼板段階の軽圧下で転位を導入し、その後の低温圧延で固溶状態のCおよびNを転位に固着させることで固溶状態のCおよびNを抑制する。その効果を発揮するためには軽圧下量を１％以上必要である。また５％以上の圧下量では、この段階で上降伏点が引張強度を超えるので、圧延量を１％〜５％に限定する。また、固溶状態のCおよびNを転位に固着させるためには、熱処理温度を１００℃以上にする必要がある。２５０℃以上になると析出が顕著となり、低温靭性の劣化を招くので熱処理温度を１００℃〜２５０℃に限定する。
【００５５】
このように製造した鋼板を、そのままＵＯＥプロセスあるいは電縫プロセス、ベンドプロセスで鋼管とする。鋼管をその後、１５０℃〜３００℃に加熱する。この加熱は、防食を主目的とした塗装処理の前あるいは途中で加熱する。また、鋼管の残留応力の除去など他の目的で鋼管を加熱するのは無論問題ない。１５０℃以下では目的とする効果が十分に発揮できないので、下限を１５０℃とする。３００℃超になると析出現象が顕著に認められ、より一層の時効が発生するため、鋼管の加熱の上限は３００℃にする必要がある。加熱保持時間はその加熱の目的によって異なり特に規定しない。
【実施例】
【００５６】
表１に示す化学成分の鋼を溶製し、連続鋳造した鋼片を表２に示す条件で圧延を行い鋼片とした。さらにこれら鋼板をUOE工程、ＥＲＷ工程およびベンド管工程によって鋼管とした。なお、鋼管の外径は７６２ｍｍ、肉厚は１６ｍｍであった。鋼管の加熱は高周波誘導加熱装置を用いて加熱速度は１０℃／ｓ、最高加熱温度は１６０〜３００℃（保持時間６０秒）、冷却は放冷とした。
【００５７】
鋼管の長手方向の機械的性質は、ＡＰＩ  ５Ｌに準拠した弧状全厚引張試験片、周方向の機械的性質はＡＰＩ  ５Ｌに準拠した丸棒引張試験片によって測定した。
【００５８】
また、鋼管からミクロ組織観察用の試験片を採取し、研磨、腐食し、肉厚の１／４，１／２，３／４のそれぞれの部位を５００倍で観察し、光学顕微鏡組織写真を撮影した。得られた１５視野の光学顕微鏡組織写真を用いて、フェライトの面積率を５μｍ間隔のポイントカウント法で、フェライトの粒径を１５μｍ間隔の切断法にて、それぞれ測定して平均値として求めた。
【００５９】
鋼管変形能は、鋼管内に内圧を負荷し４点曲げ試験で評価した。１２ｍの長さに切り出した鋼管を試験片とし、鋼管内にＡｒガスで１０気圧から２０気圧の任意の内圧を負荷し４点曲げ（曲げスパン長さ：６ｍ）によって鋼管を曲げ変形させ、鋼管の曲げ角度と負荷荷重を測定した。図１に示すように鋼管に負荷した荷重と曲げ角度の関係を示した図を作製し、変形特性として最大荷重時の曲げ角度（θ１）を採用した。
【００６０】
結果を表３に示す。本発明例である製造Ｎｏ．１〜１８の鋼管は、加熱後の周方向の上降伏点が引張強度より低くかつ長手方向のＹ／Ｔは０．９３以下であり、鋼管の変形性能の指標であるθ１は４°以上と良好な結果を得た。一方、比較例である製造Ｎｏ．１９および２１は、周方向の上降伏点が引張強度が高いためθ１は１°以下と変形能は悪かった。製造Ｎｏ２０は、周方向の上降伏点が引張強度より高いのに加え、長手方向のＹ／Ｔおよび一様伸びが本発明の範囲外であるため、θ１が著しく低い。Ｎｏ．２２およびＮｏ．２４は、周方向の上降伏点が引張強度より高いのに加え、長手方向のＹ／Ｔが本発明の範囲外であるばかりでなく、フェライト分率が本発明外であるため、強度が目標に達しておらず、また鋼管変形性能も低いＮｏ．２３は、周方向の上降伏点が引張強度より高いのに加え、冷却終了温度が本発明の範囲外であるためフェライト粒径が大きい。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
【表２】
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【００６３】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】鋼管に負荷した荷重と曲げ角度の関係を示す図。
【図２】鋼管長手方向の降伏比（Ｙ／Ｔ）とθ１の関係を示す図。
【図１】
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【図２】
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